TY  - THES
AB  - In vielen Operationen ist es ein notwendiger und wichtiger Schritt Knochen zu schneiden. Man nennt solche Knochenschnitte Osteotomien. In der heutigen Anwendung in einem Operationssaal kommen vorwiegend mechanische Werkzeuge zum Einsatz wie beispielsweise Sägen, Fräsen, Bohrer oder Meißel. Diese Instrumente sind etabliert, bergen jedoch einige Nachteile wie Erwäarmung, Metallabrieb oder Mikrotraumata im Knochengewebe. Die Handhabung dieser Werkzeuge bedarf viel Erfahrung des Operateurs, so dass komplexere Schnittgeometrien einer langjährigen Ausbildung und viel Erfahrung benötigen.
Vor einigen Jahren beschäftigte sich eine Forschungsgruppe des Instituts für Lasermedizin der Universität Düsseldorf damit, ein Laserosteotomieverfahren als Alternative zu den bestehenden Osteotomietechniken zu entwickeln. Die Grundlagen dieses Verfahrens wurden gelegt und in mehreren Studien gezeigt, dass ein Knochen mit einem Laser berührungslos, präzise, gewebeschonend und mit geringer Wärmeentwicklung geschnitten werden kann. Es wurde ein Lasersystem geschaffen, das es mit Hilfe eines Laserscanners ermöglicht, beliebige Schnittgeometrien angepasst an den jeweiligen chirurgischen Eingriff durchzuführen. Verwendet wird ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge
von 10,6µm, dessen Laserstrahl durch einen Strahlscanner in einem Arbeitsbereich von etwa 70x70mm2 auf ebenen Flächen appliziert werden kann. Soll der Laser jedoch in einem größeren Arbeitsbereich verwendet werden, muss der Laserscanner derzeit per Hand positioniert werden. Diese manuelle Verschiebung führt in den meisten Fällen zu Ungenauigkeiten, da die Positionierung nur rein visuell mit Hilfe eines Pilotlasers kontrolliert
werden kann.
Der Laserstrahl arbeitet sich schrittweise in den Knochen vor. Durch die zunehmende Schnitttiefe muss der Fokuspunkt des Lasersystems nachgeführt werden, was manuell nur schwer exakt durchführbar ist. Zudem fehlt es an einer automatischen Überwachung des Laserschnittes, um im Notfall den Laserstrahl abschalten zu können.
In dieser Arbeit wird das Forschungsprojekt ESCURAL (Experimentierstand zur computer- und roboter-assistierten Laserosteotomie) vorgestellt, dessen Ziel es ist, Ärzten ein Assistenzsystem zur Verfügung zu stellen, um präziser und für den Patienten schonender Knochen schneiden zu können. Im Rahmen der durchgeführten Promotionsarbeit wird ein Versuchsstand aufgebaut, bei dem der Laserscanner von einem Roboter über der Ablationsstelle platziert und gehalten wird. Dadurch sollen längere und zusammengesetzte Knochenschnitte auf gekrümmten Oberflächen mit einer Tiefennachfüuhrung des Fokuspunktes realisierbar werden. Der Arzt soll den Knochenschnitt mit Hilfe eines optischen
Positionssensors und mehrerer Trajektorienvarianten planen können. Aus dieser
geplanten Schnittgeometrie werden eine Trajektorie berechnet und der Roboter sowie der Laser angesteuert. Der Roboter wird durch den optischen Positionssensor in seiner Position und Orientierung kontrolliert.
Während des Schneideprozesses entsteht über der Ablationsstelle ein Plasma, aus dessen Spektrum Informationen gewonnen werden sollen, ob der Laser im Moment der Ablation Knochen schneidet, der Knochen bereits durchtrennt ist oder gerade umliegendes Weichgewebe bestrahlt wird. Wird anhand des Spektrums festgestellt, dass der Laser entgegen der Planung gerade keinen Knochen durchtrennt, wird der Laser sofort abgeschaltet. Auf diese Weise soll eine Echtzeitüberwachung des Laserschnittes erfolgen. Der Experimentierstand soll die einzelnen Systemkomponenten wie Roboter, Positionssensor, Laser, Laserscanner und Schnittüberwachung beinhalten. Alle Geräte sollen von einem Zentralrechner mit einer Benutzeroberfläche aus steuerbar sein und interagieren können.
Dieses System der roboter-assistierten Laserosteotomie kann vor allem dort gewinnbringend eingesetzt werden, wo zum einen eine sehr präzise und exakte Schnittführung am Knochen notwendig ist und zum anderen eine konservative operative Therapie erhebliche Auswirkungen auf das äußere Erscheinungsbild des Patienten mit sich bringt. Durch den hohen apparativen Aufwand und die notwendige Planungsphase der Behandlung ist ein notfallmedizinischer Einsatz sicherlich nicht möglich. Sinnvolle Einsatzgebiete sind jedoch Eingriffe in Disziplinen wie beispielsweise der Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie, der
Neurochirurgie oder der Herz-Thorax-Chirurgie. In all diesen Bereichen sind exakte und möglichst schonende Knochenbearbeitungen notwendig, um den Heilungsprozess so kurz und angenehm und die Spätfolgen für den Patienten so gering wie möglich zu halten.
AU  - Henn, Konrad
DA  - 2015
KW  - Osteotomie
KW  - Roboter
KW  - Laserosteotomie
KW  - Experimentierstand
KW  - Schnittüberwachung
KW  - laserosteotomy
KW  - robot-assisted
KW  - real-time supervision
KW  - experimental setup
LA  - ger
PY  - 2015
TI  - Konzeption und Aufbau eines Systems zur navigierten und roboter-assistierten Laserosteotomie mit spektroskopischer Rückkopplung
TT  - Design and setup of a system for navigated and robot assisted laserosteotomy with spectroscopic feedback
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-10735
Y2  - 2024-11-22T06:17:47
ER  -